电机及其应用资源课件

09HZ1第1章直流电机的结构和原理第1章直流电机的结构和原理XXMB9.TIF1.掌握直流电动机的基本工作原理。

2.能够制作单线圈直流电动机，并会通电测试。

3.能够拆卸玩具电动机，并说出其结构及各部分名称。

4.理解玩具电动机的旋转原理和可逆原理。

5.会画玩具电动机电枢绕组的展开图。

6.能够描述直流电动机的结构和分类。

7.理解直流电动机铭牌数据的含义。

8.了解电枢反应，掌握改善换向的方法。

9.能够正确调整电刷的位置。

1.1直流电动机的基本工作原理第1章直流电机的结构和原理1.1.1两条定则和两条定律

1.左手定则与右手定则左手定则也称“电动机定则”，如图1-1a所示。

2.电磁力定律

3.电磁感应定律

1.1.2直流电动机的工作原理

1.电磁转矩的产生现在用图1-2所示直流电动机的物理模型来分析电磁转矩产生的。图1-2最简单的直流电动机的物理模型第1章直流电机的结构和原理2.恒定转矩的产生由于主极磁场在空间上近似于正弦分布，只有一个线圈的直流电动机产生的电磁转矩是脉动的，如图1-3a所示。

3.直流电动机的运行过程直流电动机与电源接通后，运行过程如图1-4所示。图1-3直流电动机的脉动转矩第1章直流电机的结构和原理图1-4直流电动机的运行过程1.实训目的通过亲身制作与测试，了解直流电动机的基本结构，理解换向器的作用和原理，掌握电动机的起动与运行情况。第1章直流电机的结构和原理图1-6所需材料与工具3.制作步骤第1章直流电机的结构和原理(1)绕制线圈：带上手套，用手把漆包线抻直，如图1-7a所示，注意不要弄伤手。图1-7线圈绕制(2)制作电源：先用斜口钳把电池夹上的导线绝缘层剥掉，如图1-8a所示；把鳄鱼夹上的护套取下，预先套在导线上(注意颜色相配)，如图1-8b所示，否则有时候焊接完了才发现护套没法上了；然后将剥去绝缘层的电池夹，导线与鳄鱼夹焊接在一起，如图1-8c所示；最后把护套安装在鳄鱼夹上，电源部分就完成了，如图1-8d所示。第1章直流电机的结构和原理(3)制作支架：用尖嘴钳分步骤把曲别针弯成图片最下端的样子，如图1-9a所示；把线圈套在磁体上以确定支架的位置，并用螺钉固定结实，如图1-9b所示；确定支架的高度，要求线圈尽量贴近下面的磁铁又不发生刮碰，如图1-9c所示；在支架确定好的位置处用尖嘴钳弯一下，支架就做好了，放上线圈，如果位置不合适再作进一步的调整，如图1-9d所示。

(4)刮绝缘漆：用壁纸刀刮掉线圈与支架接触位置上漆包线的绝缘漆，如图1-10所示。图1-8电源制作过程第1章直流电机的结构和原理图1-10刮绝缘漆的位置4.通电测试装上电池，用万用表测量鳄鱼夹是否有电压输出，如图1-11a所示。第1章直流电机的结构和原理图1-11通电测试(1)通电测试中可能出现的问题：线圈不转动；线圈转动快慢不均；线圈转动方向不固定。第1章直流电机的结构和原理(2)影响转动效果的因素：线圈匝数多少；电池电压大小与电量；电池连接情况；永久磁铁磁场强弱；漆包线漆是否刮干净；半面漆刮的宽窄与位置；线圈与磁铁之间的距离；线圈形状是否平衡；线圈两边是否在轴线上；支架两边高度是否相同。

(3)若有条件，在电路中串联电流表，或用稳压直流电源代替电池，观察线圈起动时和运行时电路中电流的大小和方向。

(4)线圈为什么有时需要用手拨一下才能转动？想想这种电动机能干什么用？要能实用还需要进行哪些改进？举例说明电动机在生产生活中的应用。

1.2永磁式直流电动机的结构和原理图1-12玩具电动机的外形第1章直流电机的结构和原理图1-14固定爪位置第1章直流电机的结构和原理图1-15端盖内的电刷(2)取出转子。第1章直流电机的结构和原理图1-16转子第1章直流电机的结构和原理图1-18转子的拆卸第1章直流电机的结构和原理图1-19电动机外壳的拆卸(4)拆卸电动机外壳。第1章直流电机的结构和原理图1-20玩具电动机的发电实验装置2.玩具电动机发电实验

(1)把电池连接到电动机的端子，并确认电动机已经旋转。第1章直流电机的结构和原理(3)这种电动机与单线圈电动机有何不同？两个电刷安放于什么位置？

(4)如果电枢铁心不是三极转子，即电枢铁心槽数为5、7、9或11个时，对电动机会有怎样的影响？槽数可以为偶数吗？

(5)电动机能够发电是基于什么道理？发电电压大小与哪些因素有关？发电时的电压极性由谁来决定？

1.2.1玩具电动机的转动原理图1-21三极转子产生转矩的原理示意图第1章直流电机的结构和原理(1)换向器与电刷组合的作用是什么？电刷位置可以改变吗？

(2)怎样改变电动机的旋转方向和转速的大小？

(3)电吹风上的小型永磁式直流电动机(三极转子)，必须用手拧一下转轴，才能起动，但转动无力。

1.2.2直流发电机的发电原理及直流电机的可逆原理图1-22直流发电机发电原理示意图第1章直流电机的结构和原理1.直流发电机的发电原理直流发电机发电原理示意图如图1-22所示。图1-23直流发电机的脉动电压2.直流发电机的运行过程当原动机拖动电枢旋转时，如图1-24所示，电枢导体切割磁力线产生感应电动势，其方向可用右手定则确定。第1章直流电机的结构和原理而在另外的条件下又可把电能转换为机械能拖动机械负载，这就是直流电机的可逆性。

1.2.3玩具电机电枢绕组绕制方法及展开图

1.线圈的绕制方法详细查看电枢中线圈的连接关系，把电枢从某一槽中间沿轴向切开、分左、右方向展开成一个平面，可画出其示意图，如图1-25所示。图1-25电枢绕组的绕制方法示意图第1章直流电机的结构和原理图1-26单叠绕组2.电枢绕组的展开图电枢绕组是直流电机的核心部分，它是由许多分布在转子表面的线圈按一定的规律连接而成的闭合绕组。第1章直流电机的结构和原理图1-27三极转子单叠(1)试着用左手定则分析三极转子电动机的旋转方向。

(2)电枢绕组元件中有哪些电量？是交流还是直流？第1章直流电机的结构和原理(3)小型永磁式直流电动机，定子为2极，电枢铁心为7槽，绕成右行单叠绕组。

(4)从节省材料的角度看，右行与左行哪个更好？

1.3电磁式直流电机的结构、分类与铭牌

1.3.1电磁式直流电机的基本结构图1-28电磁式直流电机的结构第1章直流电机的结构和原理1.机座与端盖机座有两个作用：一是作为主磁极的一部分，二是作为电动机的结构框架。

2.主磁极主磁极的作用是建立主磁场。

3.换向磁极换向磁极是安装在两相邻主磁极之间的一个小磁极，它的作用是改善直流电机的换向情况，使电机运行时不产生有害的电火花。图1-29主磁极结构第1章直流电机的结构和原理图1-30换向磁极结构4.电刷装置电刷装置是电枢电路的引出(或引入)装置，它由电刷、刷握、刷杆和连线等部分组成，如图1-31所示。第1章直流电机的结构和原理图1-31电刷装置第1章直流电机的结构和原理图1-32支架机构5.电枢铁心电枢铁心既是主磁路的组成部分，又是电枢绕组的支撑部分，为了减少电枢铁心内的涡流损耗，第1章直流电机的结构和原理电枢铁心一般用厚0.5mm且冲有齿、槽的硅钢片叠压夹紧而成。图1-33电枢结构示意图6.电枢绕组电枢绕组由一定数目的线圈按一定的规律连接而成，它是直流电机的电路部分，也是进行机电能量转换的部分。

7.换向器在直流发电机中，换向器起整流作用；在直流电动机中，换向器起逆变作用，因此换向器是直流电机的关键部件之一。第1章直流电机的结构和原理图1-34电枢铁心槽内嵌放的电枢绕组第1章直流电机的结构和原理图1-35换向器结构(1)主磁极铁心与电枢铁心结构一样吗？为什么？第1章直流电机的结构和原理(2)换向磁极的作用是什么？它装在什么位置？绕组如何连接？流过换向磁极绕组的电流是什么电流？

(3)直流电机有哪些主要部件？试说明它们的作用和结构。

1.3.2直流电机的分类

1.他励直流电动机励磁绕组与电枢绕组采用两个电源供电，如图1-36所示。图1-36他励直流电动机第1章直流电机的结构和原理2.并励直流电动机励磁绕组和电枢绕组并联，采用同一个电源供电，由一个开关控制，如图1-37所示。图1-37并励直流电动机第1章直流电机的结构和原理图1-38串励直流电动机3.串励直流电动机励磁绕组与电枢绕组串联之后，外接一个直流电源，由一个开关控制，如图1-38所示。

4.复励直流电动机复励直流电动机如图1-39所示。第1章直流电机的结构和原理图1-39复励直流电动机第1章直流电机的结构和原理图1-40复励直流电动机励磁绕组中电流的方向第1章直流电机的结构和原理图1-41直流电机的终端标注符(1)多匝、小线径导线绕制的是什么类型的励磁绕组？这样有什么好处？

(2)解释积复励和差复励的不同之处，这种不同是怎样实现的？

(3)串励绕组和并励绕组如何与电枢绕组连接？

1.3.3直流电机的铭牌数据第1章直流电机的结构和原理图1-42某台直流电动机的铭牌1.型号型号表明该电机所属的系列及主要特点。第1章直流电机的结构和原理图1-43该直流电动机的型号含义2.额定值

(1)额定功率PN：指电机在额定运行时的输出功率，对发电机是指输出的电功率；对电动机是指输出的机械功率，单位为W或kW。

(2)额定电压UN：指在额定运行状况下，直流发电机的输出电压或直流电动机的输入电压，单位为V或kV。第1章直流电机的结构和原理(3)额定电流IN：指电动机在额定电压和额定负载时，允许长期输出(发电机)或输入(电动机)的电流，单位为A。

(4)额定转速nN：指电动机在额定电压和额定负载时的旋转速度，单位为r/min。

3.励磁方式指励磁绕组获得电流的方式。

4.绝缘等级表示电机各绕组及其他绝缘部件所用绝缘材料的等级。表1-1绝缘材料耐热性能等级5.定额工作制指电机按铭牌规定的额定值工作时，可以持续运行的时间和顺序。

(1)连续定额S1：表示电机按铭牌值工作时可以长期连续运行。

(2)短时定额S2：表示电机按铭牌值工作时只能在规定的时间内短时运行。第1章直流电机的结构和原理(3)断续定额S3：表示电机按铭牌值工作时，运行一段时间就要停止一段时间，周而复始地按一定周期重复运行。

解：额定运行状态时的输入功率

1.4电枢反应和改善换向的方法

1.4.1电机中的磁场与电枢反应图1-44励磁绕组的接线第1章直流电机的结构和原理1.励磁绕组的接线直流电机的励磁绕组通电后，在电动机内产生磁场，形成若干个磁极，以N极和S极成对的形式出现，在电动机气隙表面圆周上均匀分布。

2.电枢反应直流电机在实际使用时，实际磁场是主磁极磁场(如图1-45a所示)和电枢磁场(如图1-45b所示)互相叠加得到的合成磁场(如图1-45c所示)。图1-45电枢反应第1章直流电机的结构和原理1)使气隙磁场发生畸变，半个极下磁场削弱，半个极下磁场加强。

2)磁路饱和时有去磁作用，使每极下部总的磁通有所减小。

1.4.2改善换向的方法

1.选用合适的电刷在使用维修中欲更换电刷时，必须选用与原来同一牌号的电刷，如果实在配不到相同牌号的，那就尽量选择特性与原来接近的，并将所有电刷全部更换。

2.旋转电刷将电刷旋转与物理中性面移动相同的角度，可以矫正电枢反应。

3.装设换向磁极换向磁极装设在相邻两主磁极之间的几何中性线上，如图1-46所示。图1-46换向磁极的装设第1章直流电机的结构和原理4.装设补偿绕组换向磁极仅在其邻域内恢复磁场，不能克服所有的磁场变形。图1-47补偿绕组的位置与结构(1)一台直流电动机改成发电机运行时，是否需要改接换向磁极励磁绕组？为什么？

(2)补偿绕组的作用是什么？装在什么位置？流过补偿绕组的电流是什么电流？电流方向如何？第1章直流电机的结构和原理图1-48感应法(1)感应法：这是一种最简单的方法。